WO2007090668A1

WO2007090668A1 - Servo-presse

Info

Publication number: WO2007090668A1
Application number: PCT/EP2007/001125
Authority: WO
Inventors: Matthias Scheitza; Peter Groche
Original assignee: Pressenservice Scheitza Gmbh
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2007-08-16
Also published as: DE102006006312A1; EP1984169A1

Abstract

Eine Presse weist eine Stößeleinrichtung (2, 20) sowie wenigstens zwei Antriebsvorrichtungen auf, die gemeinsam auf die Stößeleinrichtung (2, 20) einwirken und eine Bewegung der Stößeleinrichtung (2, 20) bewirken. Jede der Antriebsvorrichtungen ist mit einem eigenen Antrieb (g4; g9) ausgestattet. Es ist eine Steuerung vorgesehen, mit der die Antriebe (g4; g9) der Antriebsvorrichtungen individuell und unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Eine Kopplung der Antriebsvorrichtungen erfolgt nur über die Steuerung, nicht über weitere Koppelelemente. Die Stößeleinrichtung (2, 20) ist relativ zu dem Pressengestell mit wenigstens zwei, insbesondere mit drei Freiheitsgraden bewegbar, nämlich mit einer Vertikalbewegung in Richtung der Vertikalachse (z-Achse), einer Kippbewegung um eine erste Horizontalachse (y-Achse) und einer Kippbewegung um eine zweite Horizontalachse (y-Achse).

Description

Servo-Presse

Die Erfindung betrifft eine Presse, insbesondere eine Servo-Presse zum Umformen und Stanzen von Bauelementen.

Pressen sind seit langer Zeit bekannt. Sie unterscheiden sich hinsichtlich ih- res zugrunde liegenden Wirkprinzips in weggebundene, kraftgebundene und energiegebundene Pressmaschinen. Wesentliche Kriterien zur Bewertung von Pressen sind die Hubzahl (Frequenz), Presskraft, Tischgröße (Größe des Stößels) und Genauigkeit der Stößelbewegung sowie des Umkehrpunktes in der unteren Endlage (UT). Allen Pressenarten ist dabei gemeinsam, dass ein sich zum Pressentisch planparallel bewegender Stößel durch das Aufbringen von Presskräften Arbeit verrichtet.

Wirkt die aus dem Umformvorgang resultierende Kraft des Werkstückes nicht mittig auf den Stößel, so neigt dieser dazu, in seinen Führungen zu kippen. Wirken mehrere Antriebsglieder parallel auf den Stößel, verringert sich dieser Effekt zwar, ist jedoch durch die unterschiedlichen Belastungen der Antriebsglieder und der daraus resultierenden unterschiedlichen Verformungen derselben immer noch vorhanden.

Bei weggebundenen Pressen wird dabei üblicherweise das zum Arbeitsvorgang notwendige Drehmoment durch die in einer trägen Masse (Schwungrad) gespeicherte Energie bereitgestellt und über einen Kurbeltrieb, eine Spindel oder ein Lenkergetriebe am Stößel in Arbeit umgesetzt. Nach Auslösen des Arbeitsvorgangs und Einkuppeln der Schwungmasse wird dabei die Weg-Zeit- Charakteristik der Stößelbewegung von der Geometrie und Lage der nachfolgenden Übertragungsglieder bestimmt.

Seit einiger Zeit sind, z. B. aus US 005588344 A, JP 2001 -300799 A, JP 2003-290986 A oder JP 2004-074273 A so genannte Servo-Pressen bekannt, bei denen das notwendige Drehmoment über starke Servo-Motoren erzeugt wird. Der Motor wird dabei lagegeregelt betrieben, so dass ein ständiger Abgleich von Soll- und Ist-Position des Stößels erfolgt. Dadurch wird eine nahezu beliebige Variation der Weg-Zeit-Charakteristik der Stößelbewegung und damit die Anpassung derselben an den jeweiligen Stanz- oder Umformvorgang mög- lieh. In den oben angeführten Schriften sind allerdings zwischen einer von einem Motor angetriebenen Exzenter- oder Kurbelwelle bzw. Spindel noch weitere Getriebeglieder angeordnet, was zu einer erheblichen Zunahme der auf die Motorwelle rückwirkenden Trägheitsmomente führt. Die dadurch auftretenden Massekräfte schränken die Dynamik teilweise erheblich ein. Die relativ weiche Kopplung von Antrieb und Stößel bildet zudem eine verhältnismäßig niedrige Federkonstante, was die Genauigkeit des Gesamtsystems und die Möglichkeit, hohe Hubzahlen zu realisieren, weiter einschränkt. Auch erfordert eine freie Wahl des oberen Umkehrpunktes (OT) bei den erwähnten Schriften eine Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors, wodurch sich einerseits die maximal mögliche Hubzahl einschränkt, andererseits die energetische Ökonomie verschlechtert, da der Motor vor der Richtungsumkehr gebremst werden muss.

Damit sind bisher keine gravierenden technologischen Verbesserungen der derzeit auf dem Markt verfügbaren mechanischen Servo-Pressen gegenüber klassischen hydraulischen Pressen mit Servo-Ventilen zu sehen. Dabei lassen sich durch den Einsatz von starken, lagegeregelten Servo-Motoren in mechanischen Pressen eine Vielzahl von umformtechnischen Vorteilen realisieren.

In der JP-A-2003-230996 A wird dazu eine Presse beschrieben, die mehrere Antriebsspindeln aufweist, die über eine Master-Slave-Regelung gemeinsam angesteuert werden. Unabhängig von der jeweiligen Belastung und der daraus resultierenden Verformung einzelner Antriebsspindeln werden die Antriebsspindeln einheitlich positioniert und im Gleichlauf gehalten. Damit ist es möglich, die Schiefstellung (Kippung) des Stößels bei einer möglichen außermittigen Belastung auszuregeln. Die Slave-Spindeln werden derart angesteuert, dass sie der Bewegung einer Master-Spindel exakt folgen. Wenn dabei aufgrund von unterschiedlichen Verformungen eine Slave-Spindel der Master- Spindel nacheilt, versucht die Regelung, durch eine höhere Verfahrgeschwindigkeit der Slave-Spindel wieder die Position der Master-Spindel zu erreichen. Die Auswahl der Master-Spindel wird dabei von der NC-Steuerung fest vorge- geben. Wenn jedoch - was schon aus ökonomischen Gründen sinnvoll ist - die gesamte Presse nahe ihrer Leistungsgrenze betrieben wird und eine der Slave- Spindeln mit ihrer jeweiligen maximal zulässigen Leistung verfahren wird, ist es unmöglich, diese mit noch höherer Leistung zu versorgen. Ein derartiges System kann nur sicher im Bereich der Nennbelastung betrieben werden, wenn zusätzlich zur Position jeder einzelnen Spindel auch deren momentane Belastung erfasst wird und auf Basis dieser Messung die jeweils am höchsten belastete Spindel als Master-Spindel ausgewählt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Presse anzugeben, bei der Schiefstellungen des Stößels durch außermittigen Kraftangriff über den Antrieb sicher kompensiert werden, um einen einwandfreien planparallelen Lauf des Stößels zu gewährleisten, der Stößel aber auch, zur Realisierung neuer Umform verfahren, gewollte Kipp- oder Taumelbewegungen ausführen kann und zwar bei hoher energetischer Ökonomie und hohen Hubzahlen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Presse gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Presse gelöst, mit einem Pressengestell, einer Stößeleinrichtung und wenigstens zwei Antriebsvorrichtungen, die gemeinsam auf die Stößeleinrichtung einwirken und eine Bewegung der Stößeleinrichtung bewirken, wobei jede der Antriebsvorrichtungen einen eigenen Antrieb aufweist und eine Steuerung vorgesehen ist, mit der die Antriebsvorrichtungen individuell und unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

Die Stößeleinrichtung kann relativ zu dem Pressengestell mit wenigstens zwei Freiheitsgraden bewegbar sein, nämlich mit einer Vertikalbewegung in Richtung der Vertikalachse (z-Achse) und mit einer Kippbewegung um eine erste Horizontalachse (x-Achse).

Bei der erfindungsgemäßen Presse sind somit mehrere Antriebe vorgesehen, die zwar gemeinsam die Stößeleinrichtung beaufschlagen, jedoch individuell ansteuerbar sind. Allein die Steuerung legt fest, welcher Antrieb zu welchem Zeitpunkt welche Bewegung zu vollziehen bzw. welche Leistung zur Verfügung zu stellen hat. Damit ist es möglich, dass einerseits ein vollkommener Gleich- lauf der Antriebe und somit eine Parallelverschiebung der Stößeleinrichtung erreicht werden kann, während andererseits auch - wie später noch erläutert - Taumel- und Kippbewegungen der Stößeleinrichtung erreicht werden können. Der Gleichlauf ist auch dann erreichbar, wenn die Stößeleinrichtung außermittig durch Kräfte belastet wird, weil die Steuerung einen entsprechenden erhöhten Leistungsbedarf des in der Nähe befindlichen Antriebs feststellen und ausregeln kann. Dazu kann die Steuerung entweder die Leistung des betreffenden Antriebs erhöhen oder die Leistungen der anderen Antriebe reduzieren. Der Begriff einer „Steuerung" wird hier verallgemeinert für das Zusammenwirken von Steuerung und Regelung verwendet. Er soll daher selbstverständlich sich auch auf Regelkreise und -algorithmen erstrecken, bei denen Soll- Werte mit z. B. von Sensoren ermittelten Ist-Werten verglichen werden.

Dadurch, dass die Stößeleinrichtung relativ zu dem Pressengestellt mit wenigstens zwei Freiheitsgraden bewegbar ist, lässt sich zusätzlich zu der translatorischen, plan-parallelen Haupt-Umformbewegung, die die Stößeleinrichtung im Betrieb vollziehen muss, auch eine Kipp- oder Taumelbewegung um die erste Horizontalachse realisieren.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann die Stößeleinrichtung relativ zu dem Pressengestell sogar mit drei Freiheitsgraden bewegbar sein, nämlich mit der genannten Vertikalbewegung in Richtung der Vertikalachse (z-Achse), mit der Kippbewegung um die erste Horizontalachse (x-Achse) und zusätzlich mit einer Kippbewegung um eine zweite Horizontalachse (y-Achse). Die Vertikalbewegung stellt dabei die Haupt-Umformbewegung dar, die die Stößeleinrichtung im Betrieb vollziehen muss.

Zusätzlich jedoch kann die Stößeleinrichtung durch die individuelle Ansteuerung der Antriebsvorrichtungen und durch die Bereitstellung der entsprechenden Freiheitsgrade auch noch relativ zu der Horizontalebene, nämlich um die erste und gegebenenfalls um die zweite Horizontalachse verschwenkt bzw. verkippt werden. Dadurch lassen sich auch sehr anspruchsvolle Umformauf- gaben lösen.

Die Kippstellung der Stößeleinrichtung kann bereits eingestellt sein, bevor die Stößeleinrichtung mit dem umzuformenden Bauteil in Berührung kommt, also noch keine Presskraft erfährt. Sie kann aber auch erst während des Arbeits- Vorgangs eingestellt bzw. verändert werden.

Die Kopplung der Antriebsvorrichtung erfolgt nur über die Steuerung, nicht über weitere mechanische Koppelelemente. Auch sind Querkopplungen, wie z. B. bei der in Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Mas- ter-Slave-Regelung, bei der die Slave-Antriebe dem Master-Antrieb folgen müssen, nicht zwingend notwendig. Vielmehr kann erfindungsgemäß jede Antriebsvorrichtung individuell für sich angesteuert werden, ohne die Bewegung der anderen Antriebsvorrichtungen berücksichtigen zu müssen. Eine Rückkopplung erfolgt lediglich über die Bewegung der Stößeleinrichtung. Im Einrichtbetrieb können außer dem Gleichlauf auch für den jeweiligen Umformvorgang geeignete Bahnkurven aufgenommen und gespeichert werden, die nachfolgend im Dauerbetrieb abgefahren werden.

Die individuelle Ansteuerbarkeit der Antriebe der Antriebsvorrichtungen ermöglicht dabei, dass die Antriebe die jeweils für sie gespeicherten Bahnkurven präzise einhalten, so dass auch die Stößeleinrichtung der gewünschten Bewegung folgt.

Bei bekannten Servo-Pressen ergibt sich der Nachteil einer nur begrenzt möglichen Hubzahl sowie einer schlechten energetischen Ökonomie, wie vorstehend angesprochen, aus der erforderlichen Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors bei Umkehr der Bewegungsrichtung des Pressenstößels. Daher können bei der erfindungsgemäßen Presse die Antriebsvorrichtungen als um- laufende Kurbeltriebe ausgeführt werden, wobei der Umlauf auch bei einem Hub kleiner als dem Maximalhub erhalten bleiben soll. Es ist deshalb notwendig, die Presse um eine Einrichtung zur Hubverstellung zu ergänzen. Dabei hat es sich herausgestellt, dass bekannte Anordnungen zur Hubverstellung z. B. durch Exzenter nachteilig sein könnten, da jeder Exzenter mit einer separa- ten Vorrichtung zur Veränderung des wirksamen Radius aufgerüstet werden muss, um die Hubhöhe verstellen zu können. Dies ist entweder technisch aufwändig, wenn jeder Exzenter mit einem separaten, positionsüberwachten Verstellantrieb ausgerüstet wird, oder ungenau, sofern die Verstellung der Exzenter über einen Zentralantrieb erfolgt, dessen Bewegung über Wellen (tor- sionselastisch) und Winkelgetriebe (Spiel) zu den einzelnen Antriebsvorichtun- gen umgeleitet werden muss.

Als mit dem Antrieb gekoppelte Kurbel-Pleuelvorrichtung sind nicht nur Kurbeltriebe, sondern auch Exzenterantriebe mit einer zentralen Hubverstellung zu verstehen. Zur Vereinfachung wird dafür lediglich der Begriff Kurbel- Pleuelvorrichtung verwendet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist jede der Antriebsvorrichtungen ein den Antrieb mit der Stößeleinrichtung koppelndes, wenigstens sechs- gliedriges Gelenkgetriebe bzw. Gelenkhebelgetriebe auf, das eine mit dem Antrieb gekoppelte Kurbel-Pleuelvorrichtung sowie weitere Getriebeglieder und Gelenke aufweist. Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung weist das Gelenkgetriebe eine der Kurbel-Pleuelvorrichtung nachgeschaltete Kniehebelvorrichtung auf. Mit Hilfe der Kniehebelvorrichtung ist es möglich, die vom Antrieb und der Kurbel- Pleuelvorrichtung erzeugte Kraft über den Kniehebel erheblich zu verstärken, so dass eine ausreichend große Presskraft zur Verfügung steht. Weiterhin bietet diese Variante bautechnische Vorteile auf die später noch eingegangen wird.

Das Gelenkgetriebe kann eine Hubhöhen-Verstelleinrichtung aufweisen, mit der eine Hubhöhe der Stößeleinrichtung einstellbar ist. Es ist Stand der Technik, dass bei Pressen die Hubhöhe auf Hundertstel Millimeter genau eingestellt werden kann. Diese Möglichkeit ist dementsprechend auch bei der erfindungsgemäßen Presse realisierbar.

Weiterhin kann das Gelenkgetriebe eine Einbauhöhen-Verstelleinrichtung aufweisen, mit der sich die Einbauhöhe der Stößeleinrichtung einstellen lässt. Dadurch ist es möglich, die Höhenlage der Stößeleinrichtung an das zu bearbeitende Werkstück, insbesondere an dessen Dicke oder an das zwischen Stößel und Tisch einzusetzende Werkzeug anzupassen.

Die Hubhöhen-Verstelleinrichtung und/ oder die Einbauhöhen- Verstelleinrichtung können derart angeordnet sein, dass sie nicht oder nur zum Teil durch eine senkrecht auf die Stößeleinrichtung wirkende Presskraft belastet werden. Die Presskraft ist naturgemäß sehr hoch, so dass die Gefahr bestünde, dass die Hubhöhen- oder die Einbauhöhen-Verstelleinrichtung Schaden nehmen könnten, wenn die Presskraft vollständig über sie abgeleitet werden würde. Durch entsprechende Anordnung lässt sich das verhindern.

Die Hubhöhen-Verstelleinrichtung kann eine Spindeleinrichtung aufweisen, mit der sich die Hubhöhe in sehr einfacher, aber zuverlässiger und robuster Weise einstellen lässt.

Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung weisen die Hubhöhen-Verstelleinrichtungen von sämtlichen Antriebsvorrichtungen eine gemeinsame Zent- ral-Verstelleinrichtung auf. Mit Hilfe der Zentral-Verstelleinrichtung lässt sich dann einheitlich die Hubhöhe von allen Antriebsvorrichtungen einstellen. Dies erleichtert nicht nur die Bedienung der Presse, sondern reduziert auch den mechanischen Aufbau, da dann nicht mehr jede einzelne Hubhöhen- Verstelleinrichtung, aus Gründen der erforderlichen Genauigkeit zueinander, vollständig für eine individuelle Einstellung ausgerüstet sein muss.

Die gemeinsame Zentral-Verstelleinrichtung kann dabei eine gemeinsame Spindeleinrichtung aufweisen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind drei Antriebsvorrichtungen vorgesehen, die sternförmig an der Stößeleinrichtung angeordnet sind. Die drei Antriebsvorrichtungen bilden somit ein Dreibein, das Kräfte zuverlässig aufnehmen kann. Zudem kann durch die sternförmige Anordnung der Antriebsvorrichtungen erreicht werden, dass bei entsprechender individueller Ansteuerung der Antriebsvorrichtungen die Stößeleinrichtung gegenüber der Horizontalebene nahezu beliebig geneigt werden kann.

Die Stößeleinrichtung kann über eine Führungsvorrichtung an einem Pressengestell geführt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Stößeleinrichtung eine solide mechanische Führung aufweist, um Schubkräfte aufzunehmen.

Ergänzend oder alternativ dazu kann die Kippbewegung aber auch während des Umformvorgangs vollzogen werden, was bestimmte Umformvorgänge ermöglicht. Zudem kann durch eine Koordination bzw. Überlagerung der Kippbewegungen eine Taumelbewegung der Stößeleinrichtung erzeugt werden.

Die Führungsvorrichtung kann drei senkrechte Führungen sowie drei zwischen den senkrechten Führungen und der Stößeleinrichtung angeordnete Entkopplungseinrichtungen aufweisen, derart, dass die Stößeleinrichtung gegenüber den senkrechten Führungen mit drei Freiheitsgraden bewegbar ist.

Die Stößeleinrichtung lässt sich auf diese Weise relativ zu dem Pressengestell mit drei Freiheitsgraden bewegen, wie oben vorgeschlagen.

Der Antrieb kann durch einen Elektromotor mit hohem Drehmoment realisiert werden. Besonders eignen sich dafür Torque-Motoren, die bei niedriger Dreh- zahl ein hohes Drehmoment erreichen. Die Torque-Motoren sind gut ansteuerbar, was für die individuelle Ansteuerung der Antriebsvorrichtungen zweckmäßig ist. Statt eines Elektromotors kann der Antrieb auch durch einen Hydraulikmotor realisiert werden.

Alternativ ist es möglich, den Antrieb durch einen Lineartrieb auszuführen. In diesem Fall muss zwischen dem Lineartrieb und der Stößeleinrichtung kein Gelenkgetriebe angeordnet werden, weil der Lineartrieb bereits in der Lage ist, den Stößeltrieb linear zu bewegen. Der Lineartrieb kann z. B einen Hydraulikzylinder oder auch einen drehend angetriebenen Spindeltrieb aufweisen. Selbstverständlich muss der Lineartrieb mit einer entsprechenden Steuerung versehen sein, die eine präzise Ansteuerung der Umkehrpunkte oder des Weg- Zeit-Verhaltens ermöglicht. Auch auf diese Weise kann die Stößeleinrichtung in der erfindungsgemäßen Weise relativ zu dem Pressengestell bewegt werden.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einer erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Presse;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit einem Kniehebeltrieb;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit einer modifizier - ten Hub- und Einbauhöhen-Verstelleinrichtung;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung mit einem erweiterten

Gelenksystem zur Entlastung der Verstellmechanik;

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung mit zwei symmetrischen Antriebsvorrichtungen;

Fig. 6 ein dreidimensionales Modell des Gelenkgetriebes;

Fig. 7 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine Stößeleinrichtung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Führungsvorrichtung für die

Stößeleinrichtung; Fig. 9 ein dreidimensionales Modell einer Stößeleinrichtung mit Führungsvorrichtung;

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Antriebsregelung; und

Fig. 11 ein Signalflussdiagramm der Steuerungsparametrierung aus einem Regler.

Eine erfindungsgemäße Presse weist in ihrer einfachsten Bauart wenigstens zwei Antriebsvorrichtungen auf, die jeweils mit einem eigenen Antrieb ausgestattet sind. Mit Hilfe einer Steuerung können die Antriebe individuell und unabhängig voneinander angesteuert werden. Jeder der Antriebe ist mit einem Gelenkgetriebe verbunden, das eine mit dem Antrieb gekoppelte Kurbel- Pleuelvorrichtung sowie weitere Getriebeglieder und Gelenke aufweist. Das Gelenkgetriebe koppelt den Antrieb mit einer Stößeleinrichtung, an der ein Presswerkzeug befestigt werden kann.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein sechsgliedriges Gelenkgetriebe bzw. Gelenkhebelgetriebe mit einem Kurbeltrieb und drei Freiheitsgraden. Die Getriebeglieder sind mit n gekennzeichnet und durchnummeriert, die Gelenke entsprechend mit g.

In Fig. 1 stellt das Getriebeglied n4 eine Kurbel eines Kurbeltriebs dar. Mit n3 ist ein Pleuel gekennzeichnet, das auf einen Stößel n2 wirkt. Der Stößel n2 ist in einer Führung n l wenigstens in Vertikalrichtung heb- und senkbar. Anstelle einer Kurbel und eines Kurbeltriebs kann auch - wie oben dargelegt - ein Exzenter verwendet werden.

Ein nicht dargestellter Antrieb, insbesondere ein als Torque-Motor ausgeführ- ter Elektromotor, ist im Bereich eines Gelenks g4 angeordnet. Das Gelenk g4 soll somit einen Antrieb symbolisieren.

Durch Verstellung eines Abstands e zwischen einer von einem Stößelgelenk g2 ausgehenden Vertikalen und einer von dem Gelenk g4 ausgehenden Vertikalen lässt sich der Hub des Stößels n2 einstellen. Je größer der Abstand e ist, desto mehr vergrößert sich der Hub. Der minimal mögliche Hub entspricht dem Doppelten der Länge der Kurbel n4. Durch Verschieben des Getriebeglieds n5 senkrecht zur Hubrichtung lässt sich somit der Abstand e und dementsprechend auch der Hub verändern.

Eine Veränderung der Einbauhöhe kann durch Verschieben des gesamten Sys- tems, insbesondere auch des Getriebeglieds n6 erfolgen. Sie hat keine Auswirkungen auf die eingestellte Hubhöhe. Bei Änderung des Hubes jedoch muss wie bei einer Exzenterpresse die Einbauhöhe nachjustiert werden.

Fig. 2 zeigt als zweite Ausführungsform der Erfindung eine Weiterentwicklung der Presse.

Es hat sich herausgestellt, dass bei der Presse gemäß Fig. 1 Bauraumprobleme durch den räumlichen Zusammenfall des Antriebs (symbolisiert durch das Gelenk g4) und die Hub- und Einbauhöhenverstellung (Verschiebbarkeit der Getriebeglieder n5 und n6) auftreten können. Zudem wird - wie später noch ausgeführt wird - angestrebt, drei Antriebsvorrichtungen (Antriebsstränge) sternförmig miteinander zu kombinieren, bei denen die Hubhöhe und die Einbauhöhe zentral verstellt werden kann. Dies ist bei der Presse gemäß der ersten Ausführungsform (Fig. 1 ) nicht ohne weiteres möglich. Weiterhin hat sich ein minimal möglicher Hub vom Doppelten der Kurbel n4 als nicht ausreichend klein genug herausgestellt.

Zur Weiterentwicklung wird daher ein achtgliedriges Gelenkgetriebe (8 Getriebeglieder, 9 Gelenke) vorgeschlagen, bei dem zusätzlich zu dem Aufbau von Fig. 1 ein Kniehebeltrieb realisiert ist. Der Antrieb wird jetzt durch das Gelenk g9 symbolisiert und treibt eine Kurbel n8 an. Deren Bewegung wird über ein Gelenk g8 und eine Schubstange n7 auf die Gelenkkombination g3/g7 übertragen. Damit ist der groß volumige Antrieb jetzt räumlich getrennt von der Hub- und Einbauhöhenverstellung angeordnet, die nach wie vor zusammenlie- gen. Ebenfalls lässt sich dadurch der minimal mögliche Hub der Einheit gegenüber Fig. 1 verkleinern.

Zur weiteren Verbesserung wird angestrebt, die bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 noch zusammenliegenden, orthonormal zueinander ange- ordneten Verstellglieder n5 (Hubhöhen-Verstelleinrichtung) und n6 (Einbauhöhen-Verstelleinrichtung) räumlich zu trennen. Diese Elemente werden bisher nicht nur mit der vollen Presskraft beaufschlagt, sondern liegen auch in der Flucht der Pleuelbewegung, was wiederum die Konstruktion eines zentralen Verstellantriebs erheblich erschwert. Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit einem Kniehebeltrieb mit modifizierter Hub- und Einbauhöhenverstellung.

Das Gelenkgetriebe weist aufgrund einer erneuten Systemerweiterung nun- mehr zehn Getriebeglieder (n = 10) und 12 Gelenke (g = 12) auf.

Dabei bewirkt eine Verringerung des Abstands zwischen Getriebeglied n9 und Getriebeglied n lO eine Verlagerung der die Getriebeglieder n5 und n6 koppelnden Gelenke g4 und g5 und damit eine Vergrößerung des Abstandes e so- wie eine Änderung der Hubhöhe entsprechend der oben beschriebenen Abhängigkeit.

Durch eine Verschiebung des fixierten Abstandes n9 - n lO in der Senkrechten kann die Werkzeugeinbauhöhe justiert bzw. die Lageveränderung von Getrie- beglied n2 (Stößel) durch den Verstellvorgang kompensiert werden.

Die Getriebeglieder n9 und nl O bilden im Zusammenwirken mit den Getriebegliedern n5 und n6 sowie den zugehörigen Gelenken gemeinsam die Hubhöhen- und die Einbauhöhen-Verstelleinrichtung. Da beide Verstellbewegungen nun in derselben Achse erfolgen, wird die konstruktive Ausführung maßgeblich vereinfacht. Es bietet sich dabei an, die Getriebeglieder n9 und n lO über eine Spindel zu verbinden, deren Antrieb z. B. über eine Vielkeilwelle durch einen in einem nicht dargestellten Pressengestell fixierten Motor erfolgt. Die Positionsänderung von Getriebeglied nl O kann über eine weitere, gestellfeste Spindel eingeleitet werden, um die Einbauhöhe einzustellen.

Fig. 4 zeigt als vierte Ausführungsform eine Weiterentwicklung der Erfindung.

Dabei wird das System gegenüber der dritten Ausführungsform wiederum um zwei Getriebeglieder (n = 12) und drei Gelenke (g = 15) erweitert, um das die Einbauhöhe bestimmende Getriebeglied nl O von der senkrecht wirkenden Presskraft zu entlasten.

Nunmehr teilt sich die am Gelenkpunkt g4 eingeleitete senkrechte Komponen- te der Presskraft, welche betragsmäßig am größten ist, im Verhältnis a/b auf die Stützpunkte g6 und gl l einerseits sowie gl5 andererseits auf. Das am Gelenk gl 1 vorgesehene Getriebeglied muss somit nur noch einen Teil der Presskraft aufnehmen. Fig. 5 zeigt eine Weiterentwicklung als fünfte Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei symmetrische Antriebsstränge (Antriebsvorrichtungen) miteinander kombiniert sind.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, heben sich die waagerechten Komponenten mehrerer derartiger Antriebsvorrichtungen aufgrund der Symmetrie des Systems bei zentrischer Belastung des Stößels 2 gegenseitig auf.

Für die Verstellung der Hubhöhe ist ein Verstellmotor 10 vorgesehen, der eine Vielkeilwelle und eine Spindel 12 antreibt. Ebenso ist ein Verstellmotor 1 1 für die Veränderung der Einbauhöhe vorgesehen, der eine Spindel 13 dreht.

In Fig. 5 sind weiterhin die Führung 1 , der Stößel 2, die Pleuel 3 und die Kurbeln 4 gezeigt, die den Bezugszeichen von Fig. 1 , allerdings ohne den Buch- staben „n", entsprechen.

Fig. 6 zeigt in dreidimensionaler Darstellung eine sternförmige Anordnung von drei Antriebsvorrichtungen, die um eine gemeinsame Spindel für die Hubhöhen-Verstelleinrichtung sowie die Einbauhöhen-Verstelleinrichtung angeord- net sind.

Fig. 7 zeigt in schematischer Draufsicht einen Stößel 20, der über drei senkrechte Führungen 21 in einem Pressengestell 22 gehalten ist.

Ähnlich wie bei der Ableitung des Gelenkgetriebes wurde auch der Stößel 20 entwickelt. Er weist drei Freiheitsgrade auf und wird über drei Entkopplungen an den Führungen 21 im Pressengestell 22 geführt.

Die drei Freiheitsgrade sollen ermöglichen, dass der Stößel 20 in Vertikalrich- tung (z-Achse) bewegt sowie um die x-, um die y-Achse oder um eine beliebige Achse in der x-y-Ebene verkippt werden kann.

Zusätzlich zu den Führungen 21 , die im Wesentlichen gestellfest sind, sind Entkopplungseinrichtungen 23 vorgesehen.

Fig. 8 zeigt den schematischen Aufbau eines Beispiels für eine derartige Entkopplungseinrichtung 23, die aufgrund der vorgesehenen Gelenke und Koppelglieder die gewünschten Freiheitsgrade ermöglicht. Für die Führungen 21 müssen dementsprechend auch Entkopplungseinrichtungen 23 in der in Fig. 8 vorgeschlagenen Weise vorgesehen sein.

Fig. 9 zeigt in schematischer 3D-Darstellung eine mögliche Ausführung der Stößelführung, wobei ein in Fig. 8 dargestelltes Drehgelenk 23a als Kalottenlager ausgeführt ist, um Fluchtungsfehler der Führungen zueinander auszugleichen. Weiterhin sitzt ein Führungssystem auf einer durch zwei Säulen 24 geführten Brücke 25, um den Zugang zum Werkzeugeinbauraum zwischen dem Stößel 20 und einem Tisch 22a von allen Seiten zugänglich zu halten.

Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung eine Antriebsregelung für den Stößel 20.

Es handelt sich dabei um eine Mehrgrößenregelung, mit der die drei Antriebs- stränge separat regelbar sind. Die Bewegung jedes einzelnen Stranges erzeugt Rückwirkungen auf den Druckschwerpunkt des Stößels 20.

Als Sollwerte werden in der Regelung die Position des Stößelschwerpunkts q_s _So„ sowie die Kippwinkel φ_{Sx SoI}i und φ_{Sy So}ii. also die Winkelabweichungen um den Schwerpunkt, vorgegeben. Dabei erscheint es allerdings nicht zwingend notwendig, den Stößel in allen Beriebsarten lagegeregelt zu verfahren.

Eventuell während der Produktion auftretende Änderungen der Bedingungen, z. B. Zunahme der Materialdicke, etc., können von einer Prozessüberwachung detektiert werden, welche die ohnehin für das Ermitteln des Stößelschwerpunktes und der Kippwinkel vorhandenen Sensoren nutzt.

Fig. 1 1 zeigt diese Regelungs-Steuerungs-Strategie zur Verdeutlichung graphisch als Signalflussdiagramm.

Um den Bediener beim Einrichten der Presse auf ein neues Werkzeug zu entlasten, kann er durch wählbare, vorkonfektionierte Algorithmen für den Ablauf der Stößelbewegung (z-Achse) und gegebenenfalls erforderliche Taumel- und Kippbewegungen (um die x- bzw. y-Achse) unterstützt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Presse lassen sich beliebige Stößelkräfte unterhalb einer durch den mechanischen Aufbau der Presse und den Torque-Motor vorgegebenen maximalen Stößelkraft einstellen. Die Werkzeugeschwindigkeit wie auch die Weg-Zeit-Charakteristik der Werkzeugbewegung ist beliebig einstellbar.

Claims

Patentansprüche

1. Presse, mit einem Pressengestell (22); einer Stößeleinrichtung (n2; 20); und mit wenigstens zwei Antriebsvorrichtungen, die gemeinsam auf die Stößel- einrichtung (n2; 20) einwirken und eine Bewegung der Stößeleinrichtung (n2; 20) bewirken; wobei jede der Antriebsvorrichtungen einen eigenen Antrieb (g4; g9) aufweist; eine Steuerung vorgesehen ist, mit der die Antriebe (g4; g9) der An- triebsvorrichtungen individuell und unabhängig voneinander ansteuerbar sind; und wobei die Stößeleinrichtung (n2; 20) relativ zu dem Pressengestell (22) mit wenigstens zwei Freiheitsgraden bewegbar ist, nämlich mit

+ einer Vertikalbewegung in Richtung der Vertikalachse (z- Achse), und mit

+ einer Kippbewegung um eine erste Horizontalachse (x-Achse).

2. Presse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinrichtung (n2; 20) relativ zu dem Pressengestell (22) mit drei Freiheitsgraden bewegbar ist, nämlich mit der Vertikalbewegung in Richtung der Vertikalachse (z-Achse), der Kippbewegung um die erste Horizontalachse (x-Achse), und mit einer Kippbewegung um eine zweite Horizontalachse (y-Achse).

3. Presse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kopplung der Antriebsvorrichtungen nur über die Steuerung, nicht über weitere Koppelelemente, insbesondere mechanische Koppelelemente erfolgt.

4. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (g4; g9) der Antriebsvorrichtungen über in der Steuerung gespeicherte Bahnkurven ansteuerbar sind.

5. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Antriebsvorrichtungen ein den Antrieb (g4; g9) mit der Stößel- einrichtung (n2; 20) koppelndes, wenigstens sechsgliedriges Gelenkgetriebe (n l -n6) aufweist, das eine mit dem Antrieb (g4; g9) gekoppelte Kurbel- Pleuelvorrichtung (n4) sowie weitere Getriebeglieder und Gelenke (gl -g6) aufweist.

6. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkgetriebe eine der Kurbel-Pleuelvorrichtung (n4) nachgeschaltete Kniehebelvorrichtung aufweist.

7. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbel-Pleuelvorrichtungen (n4) der einzelnen Antriebsvorrichtungen nicht miteinander gekoppelt sind.

8. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkgetriebe eine Hubhöhen-Verstelleinrichtung (n5) aufweist, zum Einstellen einer Hubhöhe der Stößeleinrichtung (n2; 20).

9. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkgetriebe (n l -n6) eine Einbauhöhen-Verstelleinrichtung (n6) aufweist, zum Einstellen einer Einbauhöhe der Stößeleinrichtung (n2; 20).

10. Presse nach Anspruch 8 oder θ, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubhöhen-Verstelleinrichtung (n5) und/oder die Einbauhöhen- Verstelleinrichtung (n6) derart angeordnet sind, dass sie nicht oder nur zum Teil durch eine senkrecht auf die Stößeleinrichtung (n2; 20) wirkende Presskraft belastet werden.

1 1. Presse nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubhöhen-Verstelleinrichtung (n5; 10) eine Spindeleinrichtung ( 12) aufweist.

12. Presse nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hubhöhen-Verstelleinrichtungen (n5; 10) von sämtlichen Antriebsvorrichtungen eine gemeinsame Zentral-Verstelleinrichtung aufweisen.

13. Presse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die gemein- same Zentral-Verstelleinrichtung eine gemeinsame Spindeleinrichtung ( 12, 13) aufweist.

14. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass drei Antriebsvorrichtungen vorgesehen sind, die sternförmig an der Stößeleinrichtung (n2; 20) angeordnet sind.

15. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinrichtung (n2; 20) über eine Führungsvorrichtung (21 ) an einem Pressengestell (22) geführt wird.

16. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (g4; g9) mit unterschiedlichen Bahnkurven ansteuerbar sind, um eine gegenüber der Horizontalen schiefe Stellung der Stößeleinrichtung (n2; 20) und/oder eine Taumelbewegung der Stößeleinrichtung (n2; 20) zu bewirken.

17. Presse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Taumelbewegung während einer Erzeugung der Presskraft bewirkbar ist.

18. Presse nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung drei senkrechte Führungen (21 ) sowie drei zwi- sehen den senkrechten Führungen (21 ) und der Stößeleinrichtung (n2; 20) angeordnete Entkopplungseinrichtungen (23) aufweist, derart, dass die Stößeleinrichtung (n2; 20) gegenüber den senkrechten Führungen (21 ) mit drei Freiheitsgraden bewegbar ist.

19. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (g4; g9) ein umlaufender Antrieb ist und insbesondere einen Elektromotor mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl aufweist.

20. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb durch einen Lineartrieb gebildet wird.